CN110350604A - 基于静态特性的火电机组一次调频指标估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于静态特性的火电机组一次调频指标估计方法，将汽轮机转速和实发功率的时间序列分割成短数据段，找出有效一次调频的数据段；将每个数据段时域上的汽轮机转速和实发功率转化为相关变量汽轮机转速差和实发功率差；按照一次调频静态特性将汽轮机转速差和实发功率差重新排序，把每组的关系矩阵组合获得相关域；将相关变量的相关域构造为散点域，对散点域进行线性拟合，从回归曲线中获得机组的实际调频死区和转速不等率。本发明能在历史数据样本中以自动的方式找到有效一次调频数据段，准确有效的估计出机组的实际调频死区和转速不等率，克服了动态因素对数据样本的影响，以及机组一次调频指标与设定值存在偏差无法判断的问题。

Description

基于静态特性的火电机组一次调频指标估计方法

技术领域

本发明涉及发电机组控制领域，更具体地，涉及一种基于静态特性的火电机组一次调频指标估计方法。

背景技术

调频死区和转速不等率是发电机组一次调频中两个重要的性能指标，煤炭质量、运行方式、调节阀门非线性等原因会造成一次调频的指标与设定值之间存在差异。因此，在设计发电机组阶段所获得的调频死区和转速不等率在实时运行阶段通常存在偏差，必须进行更新。

目前通常采用读图或建模的方法对火电机组一次调频进行估计。现有方法存在两个局限性。首先，没有考虑到调频死区等设定值的偏差对电网一次调频能力的影响。因此，需要从日常操作收集的数据样本来估计调频死区和转速不等率。第二，一次调频阶跃响应试验时的系统动态影响较小；而且，这种阶跃响应在实践中很少存在，也无法找到估计的指标和设定值之间的偏差。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于静态特性的一次调频指标估计方法，本发明不需要通过手动进行或引入某些特殊测试，直接从历史数据样本中以自动的方式找到一次调频响应段，克服了动态因素对数据样本的影响，以及机组调频死区和转速不等率在日常运行状态无法估计的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种基于静态特性的火电机组一次调频指标估计方法，包括以下步骤：

(1)对历史样本数据中长连续时间序列进行分割，将汽轮机转速和实发功率的时间序列分割成短数据段，形成有效的一次调频数据段；

(2)把每个数据段时域上的汽轮机转速和实发功率转化为相关变量汽轮机转速差和实发功率差；

(3)将汽轮机转速差和实发功率差按静态特性对应关系重新排序，消除动态因素对数据样本的干扰，将每组的关系矩阵组合获得机组汽轮机转速差和实发功率差的相关域；

(4)将相关变量的相关域构造为相关的散点域，对散点域进行线性拟合，得到一条近似于一次调频静态特性曲线的回归线，估计机组的实际调频死区和转速不等率。

作为进一步的限定，所述步骤(1)中，长连续时间序列跨度越长时，结果精度越高。

作为进一步的限定，所述步骤(1)中，引入汽轮机转速起始变化幅值和幅值变化持续时间作为阈值参数，表征各数据段的一次调频判定条件，保留转速起始变化幅值和幅值变化持续时间均满足要求的数据段。

作为进一步的限定，所述步骤(1)中，当某数据段汽轮机转速同时满足其振幅变化值大于等于设定的起始变化幅值，且该数据段的幅值变化持续时间大于等于设定值，认为所述数据段为有效的一次调频数据段。

作为进一步的限定，所述步骤(1)中，当某数据段汽轮机转速同时满足其振幅变化值大于等于设定的起始变化幅值2r/min，且该数据段的幅值变化持续时间大于等于设定值15s时，认为所述数据段为有效的一次调频数据段。

作为进一步的限定，所述步骤(1)中，从长时间数据段中选出若干有效的一次调频数据段，并记录每个所述数据段的汽轮机转速和实发功率。

作为进一步的限定，所述步骤(2)中，相关变量汽轮机转速差为数据段上各点转速和额定转速的差值，相关变量实发功率差为数据段上各点实发功率和数据段起始实发功率的差值。

作为进一步的限定，所述步骤(3)中，根据静态特性关系，将机组汽轮机转速差和实发功率差按照从小到大的顺序重新排序，即转速差按从小到大的顺序排列，实发功率差按从大到小的顺序排列。

作为进一步的限定，所述步骤(3)中，机组汽轮机转速差和实发功率差的相关域为若干组的关系矩阵的组合。

作为进一步的限定，所述步骤(4)中，使用拟合函数f＝a*exp^bx+c*exp^dx对散点域进行线性拟合，从曲线的斜率中估计出机组的上下调频死区和转速不等率，其中a,b,c,d为拟合函数的待定系数。

作为进一步的限定，所述步骤(4)中，令f的导数为f‘，设定当f‘＝-1时认为实发功率开始变化，f‘＝-1点的转速差记为D，即为转速死区。

作为进一步的限定，所述步骤(4)中，曲线f‘＝-1的对应的两个转速差分别为上死区D_UP和下死区D_DOWN。

作为进一步的限定，所述步骤(4)中，转速不等率估计值其中K为从D_UP和D_DOWN到相关域边界f‘的平均值，P_N为机组额定功率,N_N为机组的额定转速。

进一步地，本发明还提出一种终端，其中，所述终端包括处理器、存储有所述处理器可执行指令的存储器，当所述指令被执行时，所述处理器执行上述方法。

进一步地，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，应用于终端

中，其中，所述程序被处理器执行时实现上述方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出了一种基于静态特性的一次调频指标估计方法及系统，从历史数据样本中以自动的方式找到一次调频数据段，并且准确有效的估计出机组的实际调频死区和转速不等率。

本发明通过可视化的方法来对估计的一次调频指标进行有效的验证，克服了动态因素对数据样本的影响，以及机组一次调频指标与设定值存在偏差无法判断的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明基于静态特性的一次调频指标估计方法流程图。

图2为本发明具转速差和实发功率差的相关域与回归函数原理图。

图3为本发明具体实施示例中一次调频有效段样本图。

图4为本发明具体实施示例中的转速差和实发功率差的相关域与回归函数曲线。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

针对背景技术中所述的一次调频指标估计方面存在的两个主要局限性，本发明提供了一种基于静态特性估计一次调频指标的方法，通过应用本发明所述技术，从历史数据样本中以自动的方式找到有效一次调频数据段，并且准确有效的估计出机组的实际调频死区和转速不等率，克服了动态因素对数据样本的影响，以及机组一次调频指标与设定值存在偏差无法判断的问题。

图1为本发明基于静态特性的一次调频指标估计方法流程图。

如图1所示，本发明基于静态特性的火电机组一次调频指标估计方法，包括：

步骤1：对历史样本数据中长连续时间序列进行分割，将汽轮机转速和实发功率的时间序列分割成短数据段，形成有效的一次调频数据段；

其中引入汽轮机转速起始变化幅值和幅值变化持续时间作为阈值参数，表征各数据段的一次调频判定条件，保留转速起始变化幅值和幅值变化持续时间均在要求下的数据段。

从大量的机组日常运行数据选择出有效的一次调频数据段，当时间跨度越长时，结果精度越高。

在开发过程中，采集机组7天的运行数据，时间步长为1秒。当某数据段转速同时满足其振幅变化值大于等于设定的起始变化幅值2r/min，且该数据段的幅值变化持续时间大于等于设定值15s时，认为所述数据段为一次调频数据段。

每个数据段转速记为N_t，实发功率记为P_t。

步骤2：将每个一次调频数据段时域上的转速n_t和实发功率P_t转化为相关量转速差向量x_a和实发功率差向量y_a。

x_a＝(N₁,N₂,N₃,…,N₆₀)-N_N,

y_a＝(P₁,P₂,P₃,…,P₆₀)-P₀

其中N_N为机组的额定转速，P₀为一次调频数据段起始实发功率。

N₁,N₂,N₃,…,N₆₀为一次调频数据段60s内的转速值，P₁,P₂,P₃,…,P₆₀为一次调频数据段60s内的实发功率值。

步骤3：根据静态特性关系将机组汽轮机转速差x_a和实发功率差y_a按从小到大重新排序得到x_b和y_b，消除动态因素对数据样本的干扰。将每组的x_b和y_b组合得到机组汽轮机转速差和实发功率差的相关域(x,y)。其中：

x_b＝(x_b1,x_b2,x_b3,…,x_b60),

y_b＝(y_b1,y_b2,y_b3,…,y_b60)

其中，x_b1,x_b2,x_b3,…,x_b60∈x_a且x_b1≤x_b2≤x_b3≤…≤x_b60，

y_b1,y_b2,y_b3,…,y_b60∈y_a且y_b1≥y_b2≥y_b3≥…≥y_b60。

将每组的x_b和y_b组合在一起得到机组汽轮机转速差和实发功率差的相关域(x,y)。

步骤4：将相关变量的相关域(x,y)构造为相关散点域，对散点域使用f＝a*exp^bx+c*exp^dx进行线性拟合，得到一条近似于一次调频静态特性曲线的回归线。其中a,b,c,d为拟合函数的待定系数。

散点域和回归线理想状态如图2所示，x轴为转速差，y轴为实发功率差。

令f的导数为f‘，设定当f‘＝-1时认为实发功率开始变化。f‘＝-1点的转速差记为D，即为转速死区。

计算曲线f‘＝-1的对应的两个转速差分别为上死区D_UP和下死区D_DOWN。

转速不等率估计值

其中K为从D_UP和D_DOWN到相关域边界f^‘的平均值。P_N为实发功率额定值，N_N为机组的额定转速。

本发明还提出一种终端，其中，所述终端包括处理器、存储有所述处理器可执行指令的存储器，当所述指令被执行时，所述处理器执行时本发明所述的基于静态特性的一次调频指标估计方法。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，应用于终端中，其中，所述程序被处理器执行时实现本发明所述的基于静态特性的一次调频指标估计方法。

以下是本发明所述方法在具体示例中的应用。

以某大型300MW火力发电机组为例，采集了A机组7天内产生的有功功率(P_t)和汽轮机转速(n_t)的历史数据样本，其中采样周期为1秒，P_t和n_t的单位分别为MW和r/min。然后估计机组的一次调频死区和转速不等率。

第一步，读取7天的机组日常运行转速和实发功率数据，根据转速同时满足其振幅变化值大于等于设定的起始变化幅值2r/min，且该数据段的幅值变化持续时间大于等于设定值15s时，认为所述数据段为一次调频数据段，从机组7天的运行数据中选出若干一次调频数据段。

示例给出如图3所示数据段以供说明。

第二步，将每个如图3所示一次调频数据段时域上的转速n_t和实发功率P_t，转化为相关量转速差向量x_a和实发功率差向量y_a。

第三步，根据一次调频的静态特性将机组汽轮机转速差x_a和实发功率差y_a按从小到大的重新排序得到x_b和y_b，消除动态因素对数据样本的干扰。将每组的x_b和y_b组合得到机组汽轮机转速差和实发功率差的相关域(x,y)。

第四步，将相关变量的相关域(x,y)构造为相关散点域，对散点域使用f＝a*exp^bx+c*exp^dx进行线性拟合，得到一条近似于一次调频静态特性曲线的回归线，散点域和回归线如图4所示，x轴为转速差，y轴为实发功率差。

计算曲线f‘＝-1的对应的转速差分别为-1.95r/min和1.92r/min，则机组的上死区D_UP为1.92r/min，下死区D_DONN为-1.95r/min。

转速不等率估计值

使用本方法对A、B、C三个机组进行一次调频的性能评价，一次调频死区分析结果如表1所示，一次调频转速不等率分析结果如表2所示。

表1

机组	死区设定值	上死区估计值	下死区估计值
				X	±2	1.92	-1.95
b	±2	1.85	-1.88
				C	±2	1.99	2.01

表2

机组	转速不等率人工计算值	转速不等率估计值
			A	4.85％	4.93％
b	4.55％	4.44％
			C	4.20％	4.36％

可见，与人工计算值相比结果基本一致，简单对表格结果进行分析，指出本申请能够准确有效的估计出机组的实际调频死区和转速不等率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (15)

1.一种基于静态特性的火电机组一次调频指标估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对历史样本数据中长连续时间序列进行分割，将汽轮机转速和实发功率的时间序列分割成短数据段，形成有效的一次调频数据段；

(2)把每个数据段时域上的汽轮机转速和实发功率转化为相关变量汽轮机转速差和实发功率差；

(3)将汽轮机转速差和实发功率差按静态特性对应关系重新排序，消除动态因素对数据样本的干扰，将每组的关系矩阵组合获得机组汽轮机转速差和实发功率差的相关域；

(4)将相关变量的相关域构造为相关的散点域，对散点域进行线性拟合，得到一条近似于一次调频静态特性曲线的回归线，估计机组的实际调频死区和转速不等率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，长连续时间序列跨度越长时，结果精度越高。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，引入汽轮机转速起始变化幅值和幅值变化持续时间作为阈值参数，表征各数据段的一次调频判定条件，保留转速起始变化幅值和幅值变化持续时间均满足要求的数据段。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，当某数据段汽轮机转速同时满足其振幅变化值大于等于设定的起始变化幅值，且该数据段的幅值变化持续时间大于等于设定值，认为所述数据段为有效的一次调频数据段。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，当某数据段汽轮机转速同时满足其振幅变化值大于等于设定的起始变化幅值2r/min，且该数据段的幅值变化持续时间大于等于设定值15s时，认为所述数据段为有效的一次调频数据段。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，从长时间数据段中选出若干有效的一次调频数据段，并记录每个所述数据段的汽轮机转速和实发功率。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，相关变量汽轮机转速差为数据段上各点转速和额定转速的差值，相关变量实发功率差为数据段上各点实发功率和数据段起始实发功率的差值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据静态特性关系，将机组汽轮机转速差和实发功率差按照从小到大的顺序重新排序，即转速差按从小到大的顺序排列，实发功率差按从大到小的顺序排列。

9.如权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，机组汽轮机转速差和实发功率差的相关域为若干组的关系矩阵的组合。

10.如权利要求1或9所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，使用拟合函数f＝a*exp^bx+c*exp^dx对散点域进行线性拟合，从曲线的斜率中估计出机组的上下调频死区和转速不等率，其中a,b,c,d为拟合函数的待定系数。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，令f的导数为f‘，设定当f‘＝-1时认为实发功率开始变化，f‘＝-1点的转速差记为D，即为转速死区。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述步骤(4)中，曲线f‘＝-1的对应的两个转速差分别为上死区D_UP和下死区D_DOWN。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，转速不等率估计值其中K为从D_UP和D_DOWN到相关域边界f‘的平均值，P_N为机组额定功率，N_N为机组的额定转速。

14.一种终端，其中，所述终端包括处理器、存储有所述处理器可执行指令的存储器，当所述指令被执行时，所述处理器执行如权利要求1-13任一项所述的方法。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，应用于终端中，其中，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-13任一项所述的方法。